화학적 특이성

화학적 특이성(chemical specificity)은 특정 리간드를 결합하는 고분자의 결합 부위의 능력입니다.단백질이 결합할 수 있는 리간드가 적을수록, 단백질의 특이성은 더 커집니다.

특이성은 주어진 단백질과 리간드 사이의 결합의 강도를 설명합니다.이 관계는 단백질 리간드 시스템에 대한 결합 상태와 결합되지 않은 상태 사이의 균형을 특징짓는 해리 상수로 설명될 수 있습니다.^[1]단일 효소와 결합 분자 쌍의 맥락에서, 두 리간드는 해리 상수에 기초하여 더 강하거나 더 약한 리간드로 비교될 수 있습니다. (낮은 값은 더 강한 결합에 해당합니다.)

리간드 집합에 대한 특이성은 리간드를 기질로 하여 주어진 반응을 촉매하는 효소의 능력과 무관합니다.^[1]

주어진 효소가 높은 화학적 특이성을 가지고 있다면, 이것은 그것이 결합하는 리간드의 집합이 제한적이라는 것을 의미하며, 따라서 결합 사건이나 촉매 작용은 추가적인 분자로 눈에 띄는 속도로 발생할 수 없습니다.

결합 활성이 매우 특이적일 수 있는 단백질-리간드 쌍의 예는 항체-항원 시스템입니다.^[2]친화성 성숙은 일반적으로 매우 특이적인 상호작용으로 이어지는 반면 순진 항체는 난잡하고 더 많은 수의 리간드를 결합합니다.^[3]반대로, 기질을 결합하고 다중 반응을 효과적으로 촉매할 수 있는 단백질 리간드 시스템의 예로, 다중 리간드에 대한 광범위한 특이성 때문에 난잡한 효소로 간주될 수 있는 사이토크롬 P450 시스템이 있습니다.단백질 분해효소는 광범위한 절단 특이성을 보이는 효소의 그룹입니다.소화 효소로서의 난잡한 프로테아제는 특이하게 펩타이드를 분해하는 반면, 고도로 특이한 프로테아제는 연쇄적 신호 전달에 관여합니다.^[4]

근거

바인딩

단백질과 리간드 사이의 상호작용은 두 개체 사이의 특이성에 상당한 영향을 미칩니다.정전기 상호작용과 소수성 상호작용은 두 분자 사이의 특이성이 어디에서 유도되는지와 관련하여 가장 큰 영향을 미치는 것으로 알려져 있습니다.^[5]단백질과 리간드 사이의 이러한 상호작용의 강도는 종종 서로에 대한 그들의 특수성과 긍정적으로 상관관계가 있습니다.

결합 공정의 특수성은 결합 파트너의 유연성에 크게 좌우됩니다.단단한 단백질은 결합 가능성이 매우 제한적입니다.유연한 단백질은 더 많은 수의 리간드에 순응할 수 있으므로 더 난잡합니다.결합 과정은 보통 복합체에서 양쪽 결합 파트너의 경직을 초래하기 때문에 유연한 단백질의 결합은 대개 엔트로픽 패널티를 수반합니다.이것이 결합 친화도와 결합 특이도의 양의 상관관계를 자주 발견하는 주요 이유입니다.항체는 강성과 특이성 사이에 강한 상관관계를 보여줍니다.^[6]^[3]이 상관관계는 항체의 파라토프를 훨씬 넘어 확장됩니다

촉매작용

효소 특이성은 어떤 특정한 효소와 그에 상응하는 기질 사이의 상호작용을 말합니다.기질을 결합하는데 있어서의 특수성 외에도, 정확한 근접성과 방향성뿐만 아니라 전이 상태를 결합하는 것은 효소 특이성의 추가적인 층을 제공합니다.

종류들

효소는 특정한 생리적 기능을 수행하기 위해 결합하는 기질의 특이성이 다릅니다.어떤 효소들은 덜 특이적이어야 할 수도 있기 때문에 반응을 촉매하기 위해 수많은 기질에 결합할 수도 있습니다.반면에, 특정한 생리학적 기능은 적절한 반응과 생리학적 표현형이 발생하기 위해서 단일 특정 기질에 대한 효소의 극도의 특이성을 요구합니다.다양한 유형의 분류는 기판에 대한 특수성에 따라 다릅니다.가장 일반적으로, 그것들은 절대적, 집단, 연결, 입체화학적 특수성의 네 그룹으로 나뉩니다.

절대특이성

절대적 특이성은 효소가 하나의 특정 기질에 작용하는 배타적인 것으로 간주될 수 있습니다.^[8]절대 특이 효소는 특정 기질과 하나의 반응만을 촉매할 것입니다.예를 들어, 락타아제는 락토오스를 포도당과 갈락토스라는 두 당 단당류로 분해하는 데 특이적인 효소입니다.다른 예로는 글루코키네이스(Glucokinase)가 있는데, 글루코키네이스는 글루코키네이스(Glucokinase)는 글루코키네이스(Glucose-6-phosph이것은 주로 간에서 활동하며 헥소키네이스의 주요 이소효소입니다.^[9]그것의 절대적인 특이성은 많은 헥소키네이스를 기질로 수용하는 헥소키네이스와는 달리, 포도당이 기질이 될 수 있는 유일한 헥소키네이스라는 것을 말합니다.

그룹특이성

그룹 특이성은 효소가 방향족 구조, 인산염 그룹, 메틸과 같은 특정한 작용기를 가진 분자들과만 반응할 때 발생합니다.^[10]페닐알라닌, 트립토판, 티로신과 같은 방향족 곁사슬에 대한 인식과 함께 소수성 아미노산 사이의 펩타이드 결합을 가수분해하는 펩신은 우리의 식단에서 섭취하는 음식의 소화에 중요한 효소입니다.또 다른 예는 포도당을 인산화하여 포도당 6-인산을 생성하는 해당과정에 관여하는 효소인 헥소키네이스입니다.이 효소는 다수의 헥소스(6개의 탄소당)를 기질로 허용함으로써 그룹 특이성을 나타냅니다.^[11]포도당은 해당과정에서의 역할 때문에 헥소키네이스를 포함하는 대사 경로에서 가장 중요한 기질 중 하나이지만 헥소키네이스가 반응을 촉매할 수 있는 유일한 기질은 아닙니다.

채권특이성

효소가 두 개의 생성물을 생성하기 위해 반응물의 특정 결합을 절단하는 것을 나타내는 반응.

결합 특이성은 그룹 특이성과 달리 특정 화학적 결합 유형을 인식합니다.이는 특정 반응을 촉매하기 위해 특정 작용기의 존재에 의존하는 것이 아니라 특정 결합 유형(예: 펩타이드 결합)에 의존하기 때문에 그룹 특이성과는 다릅니다.

입체화학적 특이성

이러한 유형의 특이성은 기판의 광학적 배향 활동에 민감합니다.입체화학 분자는 평면 편광 또는 연결의 방향을 회전하는 방식이 다릅니다(알파, 베타 글리코사이드 연결 참조).입체화학적으로 특이한 효소들은 이러한 특정한 특성을 가진 기질들을 결합시킬 것입니다.예를 들어, 베타-글리코시다제는 셀룰로스에 존재하는 베타-글리코시다제 결합과만 반응할 것이고, 알파-글리코시다제 연결을 포함하는 전분 및 글리코젠에는 존재하지 않습니다.이것은 포유류가 어떻게 음식을 소화시킬 수 있는지와 관련이 있습니다.예를 들어, 아밀라아제라는 효소는 포유동물의 타액에 존재하는데, 이는 알파 결합을 위한 스테레오-특이적이며, 이것이 포유동물이 에너지의 형태로서 녹말과 글리코겐을 효율적으로 사용할 수 있는 이유이지만 (베타 결합이기 때문에) 셀룰로스는 사용할 수 없습니다.

결정.

$k_{d}$ 복합체의 형성을 위한 특정 평형 $해리$ 상수는 kd ${\$ k_ ${d}$ 로 알려져 있으며 $k_{d}$ 더 높은 값은 낮은 친화도를 나타내는 친화도를 나타내는 척도로 사용됩니다.

주어진 식 (E = 효소, S = 기질, P = 생성물)에 대하여,

E+S{\overset {k_{1}}{\underset {k_{-}{1}}{\왼쪽 오른쪽 화살표가 깁니다.}ES{\overset {k_{2}}{\long left right arrow}}E+P

$k_{d}$ ${\$ 는 $k_{d}$ $k_{-1}/k_{1}$ - 1 $k_{-1}/k_{1}$ / $k_{-1}/k_{1}$ $k_{-1}/k_{1}$ ${\$ 와 같으며 $k_{-1}/k_{1}$ $k_{-1}$ 서 $k_{1}$ $k_{1}$ ${\$ 및 $k_{1}$ k $k_{-1}$ - $k_{-1}$ ${\$ 는 각각 개별 E 및 S가 효소 기질 복합체로 전환되는 과정에서의 정방향 및 역방향 반응의 비율입니다 $k_{-1}$ .

정보 이론은 결합 스펙트럼의 엔트로피를 계산함으로써 특정성에 대한 더 정량적인 정의를 가능하게 합니다.^[4]

효소동역학에의 응용

특정 기질에 대한 효소의 화학적 특이성은 미카엘리스-멘텐 방정식에서 유도된 두 개의 변수를 사용하여 찾을 수 있습니다. $k_{m}$ $k_{m}$ 는 $k_{m}$ trate 복합체의 해리 상수를 근사화합니다. $k_{cat}$ $k_{cat}$ ${\$ 는 효소량에 대한 효소에 의해 촉매되는 반응의 수 또는 회전율을 나타냅니다 $k_{cat}$ . $k_{cat}$ $k_{m}$ $k_{m}$ ${\$ $displaystyle k_{cat}$ 이상의 $k_{cat}$ k $k_{cat}$ ${\$ $displaystyle k_{m}$ 는 특정 효소에 대한 기질의 친화도를 측정하는 특이 상수로 알려져 $k_{m}$ 있습니다.효소의 효율이라고도 알려진 이 관계는 특정 기질에 대한 효소의 선호도를 나타냅니다.효소의 특이 상수가 높을수록 해당 기질에 대한 높은 선호도에 해당합니다.

의의

의학연구관련성

효소 특이성은 궁극적으로 생리학적 기능을 결정하고 역할을 하는 효소 구조에 대한 유용한 통찰력을 제공합니다.^[12]특이성 연구는 촉매 메커니즘에 대한 정보도 제공할 수 있습니다.

신약은 다양한 임상 시험에서 표적 분자에 대한 특이성을 시험받는 등 신약 발굴과 임상 연구 분야에서 특이성이 중요합니다.약물은 환자에게 좋지 않은 증상을 일으킬 수 있는 표적 외 영향의 가능성을 최소화하기 위해 가능한 한 구체적인 구조를 포함해야 합니다.약물은 특정 분자 표적을 억제하기 위해 설계된 분자와 제형의 특이성에 의존합니다.^[1]새로운 약물 발견은 매우 특이한 화합물을 포함한 실험으로 진행됩니다.예를 들어, 약물이 성공적으로 달성할 수 있다는 것이 입증되어야 하는 근거는 생리적 환경에서 높은 특이성을 가지고 표적 수용체에 결합하는 능력과 약물이 부정하고자 하는 질병 또는 질병에 대해 유리한 생물학적 효과를 생성하도록 신호를 전달하는 능력입니다.^[13]

적용들

면역염색과 같은 과학적 기술은 화학적 특이성에 따라 달라집니다.면역염색은 세포 수준에서 관심 단백질을 검출하기 위해 항체의 화학적 특이성을 이용합니다.^[14]화학적 특이성에 의존하는 또 다른 기술은 조직에서 특정 관심 단백질을 검출하는 데 사용되는 웨스턴 블롯입니다.이 기술은 겔 전기영동에 이어 항체에 의해 얼룩진 막으로 샘플을 옮기는 것을 포함합니다.항체는 관심 대상 단백질에 특이적이며, 연구자의 관심 단백질의 존재를 나타내는 형광 태그를 포함할 것입니다.^[15]

참고 항목

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